KR20210055760A - Charged particle source, charged particle beam device - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고각(高角) 전류 밀도 조건에 있어서도, 방출되는 하전 입자 빔의 에너지 분산이 작고, 작은 광원경이어도 안정적이고 큰 하전 입자 전류를 얻을 수 있는 하전 입자원을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 하전 입자원은, 하전 입자가 출사(出射)하는 가상 음극면이 구면(球面) 형상을 갖고 있으며, 에미터 선단(先端) 표면의 제1 위치로부터 방출되는 하전 입자의 가상 음극면과, 상기 에미터 선단 표면의 제2 위치로부터 방출되는 하전 입자의 가상 음극면이 일치한다(도 4 참조).It is an object of the present invention to provide a charged particle source capable of obtaining a stable and large charged particle current even with a small light source diameter and a small energy dispersion of the emitted charged particle beam even under a high angle current density condition. In the charged particle source according to the present invention, the virtual cathode surface from which the charged particles exit has a spherical shape, and the virtual cathode surface of the charged particles emitted from the first position of the emitter tip surface And, the virtual cathode surfaces of the charged particles emitted from the second position of the emitter tip surface coincide (see FIG. 4).

Figure P1020217010420
Figure P1020217010420

Description

하전 입자원, 하전 입자선 장치Charged particle source, charged particle beam device

본 발명은, 하전 입자를 방출하는 하전 입자원에 관한 것이다.The present invention relates to a charged particle source that releases charged particles.

하전 입자원은, 예를 들면 주사 전자 현미경(SEM)과 같은 하전 입자선 장치에 있어서 이용되고 있다. SEM은, 집속(集束)한 전자 빔을 시료 상에 주사시킴으로써 얻어지는 화상을 이용하여, 시료 형상의 측정이나 검사를 실시하는 장치이다. 근래의 반도체 디바이스의 복잡화나 미세화에 수반하여, 특히 반도체 디바이스 검사용의 SEM에 있어서는, 고분해능, 측정이나 검사의 스루풋 향상 등의 요망이 강해지고 있다. 고전류 밀도 조건에 있어서 SEM의 검사 감도나 측장 능력을 향상시키기 위해서는, 전자원으로부터 방출되는 입자의 에너지 폭을 좁히는 것, 전자원 직경을 축소하는 것이 유효하다.The charged particle source is used, for example, in a charged particle beam device such as a scanning electron microscope (SEM). The SEM is an apparatus that measures and inspects the shape of a sample using an image obtained by scanning a focused electron beam onto a sample. In recent years, with the complexity and miniaturization of semiconductor devices, particularly in SEMs for inspection of semiconductor devices, demands for high resolution and improvement in measurement and inspection throughput are increasing. In order to improve the inspection sensitivity and measurement capability of the SEM under high current density conditions, it is effective to narrow the energy width of the particles emitted from the electron source and to reduce the electron source diameter.

하기 특허문헌 1은, 『비교적 각(角) 전류 밀도가 높은 사용에 있어서, 종래에 비해 잉여 전류 및 인출 전압의 증대를 억제할 수 있고, 또한 에너지 폭을 억제한 전자원을 제공한다.』는 것을 과제로 하여, 『축 방위가 <100> 방위인 고융점 금속의 단결정으로 이루어지는 니들에 상기 고융점 금속의 일 함수를 저감하기 위한 원소의 공급원을 마련하여 이루어지는 전자원으로서, 상기 니들 선단(先端)의 선예부가, 원추부(圓錐部)(A)와, 상기 원추부(A)에 이어지는 원기둥부(B)와, 상기 원기둥부(B)에 이어지는, 최선단부가 구 형상의 원추부(C)로 이루어지는 형상으로서, 또한 원추부(A)의 원추각(θ)이 25도 이하이며, 또한 원추부(C) 선단의 구 형상부의 곡률 반경(r)이 1.0∼2.5㎛이며, 또한 원추부(A)와 원기둥부(B)의 경계로부터 원추부(C)의 선단까지의 거리(L)에 대한 원추부(C) 선단의 구 형상부의 곡률 반경(r)의 비(r／L)가 0.1∼0.3인 것을 특징으로 하는 전자원.』과 같은 기술을 기재하고 있다(요약 참조).The following Patent Document 1 says, "In use with a relatively high angular current density, an increase in the excess current and the withdrawal voltage can be suppressed compared to the prior art, and an electron source in which the energy width is suppressed is provided." As a subject, as an electron source obtained by providing a source of an element for reducing the work function of the high melting point metal in a needle made of a single crystal of a high melting point metal whose axial orientation is <100>, the needle tip ), a conical part (A), a cylindrical part (B) connected to the conical part (A), and a leading end connected to the cylindrical part (B) is a spherical conical part (C ), and the cone angle (θ) of the cone portion (A) is 25 degrees or less, the radius of curvature (r) of the spherical portion at the tip of the cone portion (C) is 1.0 to 2.5 μm, and the cone portion The ratio (r/L) of the radius of curvature (r) of the spherical portion at the tip of the cone (C) to the distance (L) from the boundary between (A) and the cylinder (B) to the tip of the cone (C) An electron source characterized by 0.1 to 0.3” (see summary).

하기 특허문헌 2는, 『본 발명에서는, 고휘도이고 협(狹)에너지 폭의 전자 방출 소자 및 전자총을 실현하는 것을 목적으로 한다. 또한, 당해 전자 방출 소자 및 전자총을 탑재한, 고휘도이며 또한 고분해능의 전자 현미경 및 전자선 묘화 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.』는 것을 과제로 하여, 『탄소를 주성분으로 하는 튜브 형상 물질을 이용한 전자 방출 소자에서는, 그 폐(閉)구조 영역의 오원환(五員環) 근방으로부터 전자가 방출된다고 생각된다. 오원환 간격을 넓혀, 공간 전자 반발에 의한 에너지 분산 효과를 저감하기 위해서는 두꺼운 직경의 튜브가 필요하다. 본 발명에서는, 캡 구조의 역학적 변형을 저감함으로써, 안정적인 구조의 두꺼운 직경 튜브 구조를 실현한다.』와 같은 기술을 개시하고 있다(요약 참조).The following Patent Document 2 says "In the present invention, an object of the present invention is to realize an electron emitting device and an electron gun having a high luminance and narrow energy width. In addition, the object is to realize a high-brightness and high-resolution electron microscope and electron beam drawing device equipped with the electron-emitting device and electron gun. In the emission element, it is thought that electrons are emitted from the vicinity of the five-membered ring in the closed structure region. In order to widen the five-membered ring spacing and reduce the energy dissipation effect due to spatial electron repulsion, a thick tube is required. In the present invention, by reducing the mechanical deformation of the cap structure, a stable structure of a thick-diameter tube structure is realized” (see summary).

일본국 특개2005-339922호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-339922 일본국 특개2008-305597호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-305597

특허문헌 1은, 전자원이 원추부와 원기둥부를 갖도록 구성함으로써, 고전류 밀도 조건에 있어서 입자의 에너지 폭을 작게 하는 것을 도모하고 있다. 다른 한편으로 동(同)문헌의 전자원 형상은, 구면부(球面部)와 원기둥부의 교점 근방에 있어서 에미터 형상이 비연속으로 되므로, 전자원의 중심축으로부터 이축(離軸)한 위치에 있어서의 전계(電界)는 불균일하다. 이 이축 위치로부터 전자가 방출되면, 불균일한 전계 강도가 사출(射出) 전자에 대하여 수차(收差)로서 작용하고, 전자원 직경이 증대해 버린다. 전자원 직경이 늘어나는 것은 빔 직경이 늘어나는 것으로 이어지므로, 공간 해상도가 저하한다. 즉 동문헌 기재의 전자원은, 입자의 에너지 폭은 좁아지지만, 특히 고전류 밀도 조건에 있어서, SEM의 검사 감도나 측장 능력의 저하를 막는 것은 곤란하다.Patent Document 1 aims to reduce the energy width of the particles under high current density conditions by configuring the electron source to have a conical portion and a cylindrical portion. On the other hand, the electron source shape in the same document is in a position biaxial from the central axis of the electron source since the emitter shape becomes discontinuous in the vicinity of the intersection of the spherical portion and the cylinder portion. The electric field in this is non-uniform. When electrons are emitted from this biaxial position, non-uniform electric field strength acts as an aberration with respect to the emitted electrons, and the electron source diameter increases. An increase in the electron source diameter leads to an increase in the beam diameter, and thus the spatial resolution decreases. That is, in the electron source described in the same document, the energy width of the particles becomes narrow, but it is difficult to prevent a decrease in the inspection sensitivity and measurement capability of the SEM, particularly under high current density conditions.

특허문헌 2는, 카본 나노 튜브를 전자원으로서 이용할 경우에 있어서, 튜브의 구조를 안정화시키는 방법을 기재하고 있다. 그러나 동문헌에 있어서는, 전자원 근방의 전계에 대해서는 특별히 고려하고 있지 않다. 따라서 동문헌 기재의 기술에 의해, SEM의 검사 감도나 측장 능력의 저하를 막을 수 있는지의 여부는 반드시 명확하지는 않다.Patent Document 2 describes a method of stabilizing the structure of the tube in the case of using a carbon nanotube as an electron source. However, in the same document, no particular consideration is given to the electric field in the vicinity of the electron source. Therefore, it is not necessarily clear whether or not a decrease in the inspection sensitivity or measurement capability of the SEM can be prevented by the technique described in the same document.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 고각(高角) 전류 밀도 조건에 있어서도, 방출되는 하전 입자 빔의 에너지 분산이 작고, 작은 광원경이어도 안정적이고 큰 하전 입자 전류를 얻을 수 있는 하전 입자원을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and the energy dispersion of the emitted charged particle beam is small even under high current density conditions, and the charged particle current is stable and a large charged particle current can be obtained even with a small light source diameter. It aims to provide a particle source.

본 발명에 따른 하전 입자원은, 하전 입자가 출사(出射)하는 가상 음극면이 구면 형상을 갖고 있으며, 에미터 선단 표면의 제1 위치로부터 방출되는 하전 입자의 가상 음극면과, 상기 에미터 선단 표면의 제2 위치로부터 방출되는 하전 입자의 가상 음극면이 일치한다.In the charged particle source according to the present invention, a virtual cathode surface from which charged particles are emitted has a spherical shape, a virtual cathode surface of charged particles emitted from a first position on the emitter tip surface, and the emitter tip The virtual cathode surfaces of the charged particles emitted from the second position on the surface coincide.

본 발명에 따른 하전 입자원에 의하면, 에미터 선단 근방에 있어서의 전계 강도 분포가 넓은 범위에 걸쳐 균일해진다. 이에 따라, 방출되는 하전 입자 빔의 에너지 분산이 작게 억제됨과 함께, 작은 광원경이어도 안정적이고 큰 하전 입자 전류를 얻을 수 있다.According to the charged particle source according to the present invention, the electric field intensity distribution in the vicinity of the emitter tip becomes uniform over a wide range. Accordingly, energy dispersion of the emitted charged particle beam is suppressed to be small, and stable and large charged particle current can be obtained even with a small light source diameter.

도 1a는 종래의 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상의 일례를 나타내는 측면도.
도 1b는 도 1a에 나타내는 하전 입자원(1)의 근방에 있어서의 전계 강도 분포를 나타내는 도면.
도 2a는 종래의 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상의 다른 예를 나타내는 측면도.
도 2b는 도 2a의 형상예에 있어서 앙각(α)을 90도로 했을 경우에 있어서의 전계 강도 분포를 나타내는 도면.
도 3은 실시형태 1에 따른 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상을 나타내는 측면도.
도 4는 실시형태 1에 따른 하전 입자원(1)의 근방에 있어서의 전계 강도 분포를 나타내는 도면.
도 5는 하전 입자원(1)의 표면에 있어서의 전계 강도의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 6은 전자의 에너지 폭(ΔE)과 구면(4)의 반경(R) 사이의 대응 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 실시형태 3에 따른 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상을 나타내는 도면.
도 8은 인출 전극(20) 근방의 방출 하전 입자 궤도를 나타내는 도면.
도 9는 하전 입자원(1)을 구비한 하전 입자선 장치(100)의 구성도.1A is a side view showing an example of a tip shape of a conventional charged particle source 1;
Fig. 1B is a diagram showing an electric field intensity distribution in the vicinity of the charged particle source 1 shown in Fig. 1A.
2A is a side view showing another example of the tip shape of the conventional charged particle source 1;
Fig. 2B is a diagram showing an electric field intensity distribution when the elevation angle α is 90 degrees in the shape example of Fig. 2A.
3 is a side view showing the tip shape of the charged particle source 1 according to the first embodiment.
4 is a diagram showing an electric field intensity distribution in the vicinity of a charged particle source 1 according to the first embodiment.
5 is a diagram showing a simulation result of electric field strength on the surface of a charged particle source 1. FIG.
6 is a graph showing the correspondence between the energy width ΔE of the electron and the radius R of the spherical surface 4;
7 is a view showing the tip shape of the charged particle source 1 according to the third embodiment.
8 is a diagram showing the orbits of charged discharged particles in the vicinity of the lead electrode 20;
9 is a configuration diagram of a charged particle beam device 100 provided with a charged particle source 1.

<종래의 하전 입자원에 대해서><About the conventional charged particle source>

도 1a는, 종래의 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상의 일례를 나타내는 측면도이다. 하전 입자원(1)은, 에미터 침(7)의 선단에 구면 형상의 선단부를 갖는다. 선단부는 중심점(5)을 중심으로 하여 반경 R을 갖는다. 에미터 침(7)의 능선과 선단부 구면 사이의 교점(9)은, 광축(3)에 대하여 앙각(α)을 갖는 위치에 있다. 에미터 침(7)의 능선과 광축(3) 사이의 각도 θ를 원추각이라고 하는 경우도 있다. 에미터 침(7)의 선단부에 열 또는 고전계가 인가되면, 전자가 광축(3)의 방향으로 방출된다.1A is a side view showing an example of a tip shape of a conventional charged particle source 1. The charged particle source 1 has a spherical tip end portion of the emitter needle 7. The tip has a radius R around the center point 5. The intersection 9 between the ridge line of the emitter needle 7 and the spherical tip end is at a position having an elevation angle α with respect to the optical axis 3. The angle θ between the ridge line of the emitter needle 7 and the optical axis 3 is sometimes referred to as a cone angle. When heat or a high electric field is applied to the tip of the emitter needle 7, electrons are emitted in the direction of the optical axis 3.

종래의 하전 입자원(1)에 있어서는, 앙각(α)이 90도보다도 작으므로, 후술하는 바와 같이 선단부 근방의 전계 강도 분포가 균일하지 않다. 특히 교점(9)의 근방에 가까워짐에 따라 전계 강도 분포가 불균일해진다. 그 결과, 광축(3)으로부터 떨어진 개소로부터 방출되는 전자는, 소위 근축 궤도에 오르지 않고, 축외 수차를 받게 된다. 이에 따라 하전 입자 빔의 광원경이 증대하게 되므로, 하전 입자 빔의 공간 해상도가 저하한다. 축외 수차를 작게 하기 위해서는, 하전 입자 빔의 수광각(후술)을 작게 할 필요가 있지만, 그 경우는 큰 하전 입자 전류를 얻을 수 없다. 하전 입자 빔 수광각이 작아도, 각 전류 밀도가 크면 대전류를 얻을 수 있지만, 작은 수광 각도로 각 전류 밀도를 올리면 방출되는 하전 입자 빔의 에너지 분산이 커져 버린다.In the conventional charged particle source 1, since the elevation angle α is smaller than 90 degrees, the electric field intensity distribution in the vicinity of the tip portion is not uniform as described later. In particular, as it approaches the vicinity of the intersection point 9, the electric field intensity distribution becomes non-uniform. As a result, electrons emitted from a location away from the optical axis 3 do not climb into a so-called paraxial orbit and receive off-axis aberration. Accordingly, since the light source diameter of the charged particle beam increases, the spatial resolution of the charged particle beam decreases. In order to reduce the off-axis aberration, it is necessary to reduce the light-receiving angle (described later) of the charged particle beam, but in that case, a large charged particle current cannot be obtained. Even if the charged particle beam receiving angle is small, a large current can be obtained if each current density is large, but increasing the respective current density by a small receiving angle increases the energy dispersion of the discharged charged particle beam.

도 1a와 같은 선단 형상은 이하의 과제도 있다: (a) 에미터 선단 근방에 있어서의 전계 강도 분포가 불균일한 것, (b) 선단 형상이 균일한 영역이 작으므로 선단 형상이 열역학적으로 불안정해져 용이하게 선단 형상이 변화하는 것, 등의 원인에 의해, 방출되는 하전 입자의 특성이 불안정해져 버린다.The tip shape as shown in Fig. 1A also has the following problems: (a) the electric field strength distribution in the vicinity of the emitter tip is uneven, (b) the tip shape is thermodynamically unstable because the tip shape is a small region. The characteristics of the discharged charged particles become unstable due to a cause such as a change in the tip shape easily.

특히 반도체 검사용 SEM에 있어서는, 검사 속도 향상의 해결책으로서 전자 빔의 고속 주사가 유효하다. 양질의 화상을 얻기 위해서는 하전 입자원을 고각 전류 밀도 조건으로 동작시키는 것이 요구된다. 그러나 고각 전류 밀도 조건에 있어서는, 상술한 이유에 의해 전자 빔의 에너지 폭이 넓어짐과 함께 광원경이 증대하므로, SEM의 공간 분해능이 저하하고, 검사 감도나 치수 측정 능력이 저하하는 것이 과제가 되고 있다.In particular, in the SEM for semiconductor inspection, high-speed scanning of an electron beam is effective as a solution for improving the inspection speed. In order to obtain a good image, it is required to operate the charged particle source under high-angle current density conditions. However, under the high-angle current density condition, the energy width of the electron beam increases and the light source diameter increases due to the above-described reason, so that the spatial resolution of the SEM decreases, and the inspection sensitivity and the dimensional measurement capability are deteriorated.

도 1b는, 도 1a에 나타내는 하전 입자원(1)의 근방에 있어서의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다. 하전 입자원(1)의 선단 근방에는, 도시하지 않은 인출 전극에 의해 생긴 전계가 발생하고 있다. 전계의 강도와 분포는 등전위면(16)에 의해 나타난다. 앙각(α)이 90도보다도 작으므로, 교점(9)에 있어서의 구면의 접선(13)이 광축(3)과 교차하게 된다. 이러한 형상에 있어서는, 구면(4) 근방의 전계 강도 분포가 불균일해져 버린다. 등전위면(16)이 구면(4)이나 에미터 침(7)과 평행하지 않는 것이 이것을 나타내고 있다.1B is a diagram showing an electric field intensity distribution in the vicinity of the charged particle source 1 shown in FIG. 1A. In the vicinity of the tip of the charged particle source 1, an electric field generated by a lead electrode (not shown) is generated. The intensity and distribution of the electric field is indicated by the equipotential surface (16). Since the elevation angle α is smaller than 90 degrees, the tangent line 13 of the spherical surface at the intersection point 9 intersects the optical axis 3. In such a shape, the electric field intensity distribution in the vicinity of the spherical surface 4 becomes non-uniform. This is indicated that the equipotential surface 16 is not parallel to the spherical surface 4 or the emitter needle 7.

도 1b에 있어서, 구면(4)의 표면 상에 있어서의 하전 입자 빔의 방출점(S1∼S3)을 예시했다. 각 방출점으로부터의 하전 입자 빔은 각각 궤도(17)를 갖는다. 궤도(17)의 능선의 교점은, 기하학적으로 그 위치로부터 하전 입자가 방출되었다고 간주할 수 있다. 이 가상적인 방출점을 가상 음극면(10)이라고 한다. 도 1b와 같은 선단 형상에 있어서는, 가상 음극면(10)이 광축(3)에 대하여 수직인 방향으로 늘어난 타원면 형상이 된다. 그러면, 방출점(S1)과 가상 음극면(10) 사이의 거리, 방출점(S2)과 가상 음극면(10) 사이의 거리, 방출점(S3)과 가상 음극면 사이의 거리는, 각각 서로 달라지므로, 방출점(S1∼S3)은 등가(等價)가 아니다. 방출점(S1과 S2)과 같이 근접해 있는 방출점끼리는 근사적으로 등가로 간주할 수 있지만, 그렇게 간주할 수 있는 범위는 매우 작다. 따라서 하전 입자 빔의 특성을 등가로 간주할 수 있는 허용 앙각(β)도 작다.In Fig. 1B, the emission points (S1 to S3) of the charged particle beam on the surface of the spherical surface 4 are illustrated. The charged particle beams from each emission point each have an orbit 17. At the intersection of the ridge lines of the orbit 17, it can be considered that charged particles have been geometrically discharged from that location. This virtual emission point is referred to as a virtual cathode surface 10. In the tip shape as shown in FIG. 1B, the virtual cathode surface 10 has an elliptical shape extending in a direction perpendicular to the optical axis 3. Then, the distance between the emission point S1 and the virtual cathode surface 10, the distance between the emission point S2 and the virtual cathode surface 10, and the distance between the emission point S3 and the virtual cathode surface are different from each other. Therefore, the emission points (S1 to S3) are not equivalent. Emission points that are close to each other, such as the emission points (S1 and S2), can be regarded as approximately equivalent, but the range that can be regarded as such is very small. Therefore, the allowable elevation angle (β) that can be regarded as equivalent to the characteristics of the charged particle beam is also small.

가상 음극면(10)의 중심에 평면 형상의 가상 광원(11)이 배치되어 있다고 가정한다. 하전 입자원(1)의 하류측(하전 입자원(1)과 시료 사이의 공간)에는, 하전 입자 빔을 좁히기 위한 개구판이 마련되어 있다. 구면(4)의 표면 상의 각 위치로부터 하전 입자 빔이 방출되어 있지만, 개구를 조정하여 수광각을 좁힘으로써, 시료에 대하여 조사하는 하전 입자 빔을 좁힐 수 있다. 수광하는(개구판을 통과시키는) 하전 입자 빔의 궤도(17)의 능선을 가상 광원(11)까지 연장했을 때, 수광각에 따라 가상 광원(11)의 양단(즉 가상 광원(11)의 사이즈)이 정해진다. 큰 하전 입자 전류를 얻기 위해 수광각을 넓게 취하면(예를 들면 도 1b의 방출점(S3)으로부터의 하전 입자 빔을 수광함), 가상 광원(11)의 사이즈가 커진다. 광원 사이즈가 커지는 것은 하전 입자 빔의 공간 해상도가 저하하는 것을 의미한다.It is assumed that a planar virtual light source 11 is disposed at the center of the virtual cathode surface 10. On the downstream side of the charged particle source 1 (space between the charged particle source 1 and the sample), an aperture plate for narrowing the charged particle beam is provided. Although the charged particle beam is emitted from each position on the surface of the spherical surface 4, the charged particle beam irradiated to the sample can be narrowed by adjusting the opening and narrowing the light-receiving angle. When the ridgeline of the trajectory 17 of the charged particle beam to be received (passing through the opening plate) is extended to the virtual light source 11, the size of both ends of the virtual light source 11 (that is, the size of the virtual light source 11) according to the light-receiving angle. ) Is determined. When the light-receiving angle is wide to obtain a large charged particle current (for example, the charged particle beam from the emission point S3 in Fig. 1B is received), the size of the virtual light source 11 increases. Increasing the size of the light source means that the spatial resolution of the charged particle beam is lowered.

도 2a는, 종래의 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상의 다른 예를 나타내는 측면도이다. 도 2a에 있어서, 에미터 선단부는 구면부와 평탄부(또는 원기둥부)로 나뉘어져 있다. 평탄부와 에미터 침(7)은 교점(9')에서 교차한다. 앙각(α)은 도 1a와 같다. 도 2a의 하전 입자원(1)은, 전자 방출 동작으로서는 도 1a와 같지만, 에미터 선단부 주변에 있어서의 전계 강도 분포가 도 1a와는 다르므로, 전자 방출특성도 도 1a와는 다르다.2A is a side view showing another example of the tip shape of the conventional charged particle source 1. In Fig. 2A, the emitter tip is divided into a spherical portion and a flat portion (or cylindrical portion). The flat part and the emitter needle (7) intersect at the intersection (9'). The elevation angle α is the same as in Fig. 1A. The charged particle source 1 of FIG. 2A is the same as that of FIG. 1A in terms of the electron emission operation, but since the electric field intensity distribution around the emitter tip is different from that of FIG. 1A, the electron emission characteristics are also different from that of FIG. 1A.

도 2b는, 도 2a의 형상예에 있어서 앙각(α)을 90도로 했을 경우에 있어서의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다. 앙각(α)을 90도로 했을 경우, 접선(13)은 광축(3)과 평행해진다. 이 경우여도, 특히 교점(9') 근방에 있어서, 등전위면(16)이 나타내고 있는 바와 같이 전계 강도 분포가 불균일해진다. 또한 가상 음극면(10)도 도 1b와 마찬가지로 구면이 아니라 타원면 형상이 된다. 따라서 도 2b에 있어서도 마찬가지의 과제가 생긴다.FIG. 2B is a diagram showing an electric field intensity distribution when the elevation angle α is 90 degrees in the shape example of FIG. 2A. When the elevation angle α is set to 90 degrees, the tangent line 13 becomes parallel to the optical axis 3. Even in this case, particularly in the vicinity of the intersection point 9', as indicated by the equipotential surface 16, the electric field intensity distribution becomes non-uniform. Also, the virtual cathode surface 10 has an elliptical shape rather than a spherical shape as in FIG. 1B. Therefore, the same problem arises also in FIG. 2B.

<실시형태 1><Embodiment 1>

도 3은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상을 나타내는 측면도이다. 도 3에 있어서, 에미터 침(7)의 능선과 구면(4)이 교차하는 교점(9)은, 앙각(α)이 90도를 넘는 위치에 배치되어 있다. 그 밖의 구성은 도 1a와 마찬가지이다.3 is a side view showing a tip shape of a charged particle source 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In Fig. 3, the intersection point 9 where the ridge line of the emitter needle 7 and the spherical surface 4 intersect is disposed at a position where the elevation angle α exceeds 90 degrees. Other configurations are the same as in Fig. 1A.

도 4는, 본 실시형태 1에 따른 하전 입자원(1)의 근방에 있어서의 전계 강도 분포를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 등전위면(16)의 형상은, 교점(9)의 근방에 있어서도 비교적 균일하다. 환언하면, 등전위면(16)이 구면(4)과 평행한 영역이, 도 1b나 도 2b보다도 넓다. 적어도 중심점(5)보다도 선단측의 영역에 있어서는, 등전위면(16)이 구면(4)과 평행하다. 이것은 앙각(α)이 90도를 넘음으로써, 교점(9)이 에미터 선단으로부터 보다 떨어진 위치에 배치되게 되어, 구면(4) 근방의 전계와 에미터 침(7) 근방의 전계 사이의 간섭이 약해진 것에 의하는 것으로 생각된다.4 is a diagram showing an electric field intensity distribution in the vicinity of the charged particle source 1 according to the first embodiment. In FIG. 4, the shape of the equipotential surface 16 is relatively uniform even in the vicinity of the intersection point 9. In other words, the region in which the equipotential surface 16 is parallel to the spherical surface 4 is wider than that of Figs. 1B or 2B. The equipotential surface 16 is parallel to the spherical surface 4 at least in a region on the front end side of the center point 5. This is because the elevation angle (α) exceeds 90 degrees, so that the intersection point (9) is arranged at a position farther from the emitter tip, so that the interference between the electric field near the spherical surface (4) and the electric field near the emitter needle (7) is prevented. It is thought to be due to weakening.

방출점(S1)의 가상 음극면이 방출점(S2)의 가상 음극면과 동등할 경우, S1과 S2는 등가라고 할 수 있다. S3에 대해서도 마찬가지이다. 이 조건은, 방출점(S1∼S3)에 있어서의 전계 강도가 균일할(등전위면(16)이 구면(4)과 평행할) 때 성립한다. 따라서, 교점(9)을 방출점(S1∼S3)으로부터 가능한 한 떼어 놓음으로써(앙각(α)을 가능한 한 크게 함으로써), 등가로 간주할 수 있는 방출점을 보다 넓게 확보할 수 있으므로, 허용 앙각(β)을 보다 크게 할 수 있다. 또한 가상 음극면(10)을 구면으로 간주할 수 있는 범위도 보다 넓어진다.When the virtual cathode surface of the emission point S1 is equal to the virtual cathode surface of the emission point S2, S1 and S2 can be said to be equivalent. The same is true for S3. This condition is satisfied when the electric field strength at the emission points S1 to S3 is uniform (the equipotential surface 16 is parallel to the spherical surface 4). Therefore, by separating the intersection (9) from the emission points (S1 to S3) as much as possible (by increasing the elevation angle (α) as large as possible), a wider emission point that can be regarded as equivalent can be secured. (β) can be made larger. In addition, the range in which the virtual cathode surface 10 can be regarded as a spherical surface is wider.

허용 앙각(β)의 범위는, 이하와 같이 설명할 수 있다. 접선(13)과 광축(3) 사이의 각도는 α-90도가 된다. 교점(9) 근방에서 전계의 불균일이 발생하지 않으면, 중심점(5)에서 볼 때 α-90도의 각도에 있는 방출점으로부터 방출되는 하전 입자는 방출점(S1)으로부터 방출되는 하전 입자와 등가라고 할 수 있다. 실제로는, 교점(9) 근방에 있어서 전계가 다소 불균일해지므로, S1과 등가인 방출점의 각도가 α-90도로 엄밀히 일치하지는 않는다. 그러나, 앙각(α)을 90도보다도 크게 할수록, S1과 등가로 간주할 수 있는 방출점의 범위가 넓어지므로, 허용 앙각(β)도 커진다.The range of the allowable elevation angle β can be described as follows. The angle between the tangent line 13 and the optical axis 3 is α-90 degrees. If there is no unevenness of the electric field near the intersection point (9), the charged particles emitted from the emission point at an angle of α-90 degrees when viewed from the center point (5) are said to be equivalent to the charged particles emitted from the emission point (S1). I can. Actually, since the electric field becomes somewhat non-uniform in the vicinity of the intersection point 9, the angle of the emission point equivalent to S1 does not strictly coincide with α-90 degrees. However, the larger the elevation angle α is greater than 90 degrees, the wider the range of the emission point that can be regarded as equivalent to S1, so that the allowable elevation angle β also increases.

허용 앙각(β)이 크면, 하전 입자 빔의 수광각을 크게 할 수 있다. 가상 음극면(10)이 구면으로 간주할 수 있는 방출점의 범위가 넓기 때문이다(도 4의 S1∼S3은 등가로 간주할 수 있다). 따라서 가상 광원(11)의 사이즈를 억제하면서, 큰 하전 입자 전류를 얻을 수 있다.When the allowable elevation angle β is large, the light-receiving angle of the charged particle beam can be increased. This is because the virtual cathode surface 10 has a wide range of emission points that can be regarded as a spherical surface (S1 to S3 in Fig. 4 can be regarded as equivalent). Therefore, it is possible to obtain a large charged particle current while suppressing the size of the virtual light source 11.

도 5는, 하전 입자원(1)의 표면에 있어서의 전계 강도의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 구면(4) 상의 측정 위치(19)에 있어서 전계를 측정했다고 가정한다. 중심점(5)과 측정 위치(19)를 잇는 직선이 광축(3)과의 사이에서 형성하는 각도 γ를, 이축각이라고 한다. 도 5 상단의 횡축은 이축각 γ을 나타내고, 종축은 정규화한 전계 강도를 나타낸다. α＜90도는 종래의 하전 입자원에 상당한다. 이 경우, 이축각 γ가 커지는 것에 따라서 전계 강도가 급격히 커지고 있는 것을 알 수 있다. 이에 대하여 본 실시형태 1에 대응하는 α＞90도일 경우, 이축각 γ가 커지면 전계 강도는 약간 저하하지만, 그 변화량은 작은 것을 알 수 있다. 따라서 에미터 선단 근방의 전계가 균일하다고 간주할 수 있는 범위가 종래보다도 넓다고 할 수 있다.5 shows a simulation result of the electric field strength on the surface of the charged particle source 1. It is assumed that the electric field is measured at the measurement position 19 on the spherical surface 4. The angle γ formed by the straight line connecting the center point 5 and the measurement position 19 with the optical axis 3 is referred to as a biaxial angle. The horizontal axis at the top of Fig. 5 represents the biaxial angle γ, and the vertical axis represents the normalized electric field strength. α<90 degrees corresponds to a conventional charged particle source. In this case, it can be seen that the electric field strength rapidly increases as the biaxial angle γ increases. On the other hand, in the case of α>90 degrees corresponding to the first embodiment, when the biaxial angle γ increases, the electric field strength slightly decreases, but it can be seen that the amount of change is small. Therefore, it can be said that the range in which the electric field near the tip of the emitter can be considered to be uniform is wider than that of the prior art.

<실시형태 1: 정리><Embodiment 1: Summary>

본 실시형태 1에 따른 하전 입자원(1)은, 구면(4) 표면 상의 방출점(S1∼S3) 각각의 가상 음극면(10)이 일치하고 있다. 이에 따라, 등가로 간주할 수 있는 하전 입자 방출점의 범위를 넓게 확보할 수 있으므로, 가상 광원(11)의 사이즈를 억제하면서 큰 하전 입자 전류를 얻을 수 있다. 또한 대전류를 얻기 위해 각 전류 밀도를 크게 할 필요는 없으므로, 하전 입자 빔의 에너지 폭을 억제할 수 있다.In the charged particle source 1 according to the first embodiment, the virtual cathode surfaces 10 of each of the emission points S1 to S3 on the surface of the spherical surface 4 coincide. Accordingly, a wide range of charged particle emission points that can be regarded as equivalent can be secured, and thus a large charged particle current can be obtained while suppressing the size of the virtual light source 11. Moreover, since it is not necessary to increase each current density in order to obtain a large current, the energy width of the charged particle beam can be suppressed.

본 실시형태 1에 따른 하전 입자원(1)은, 에미터 선단 근방의 전계 강도 분포가 균일한 영역이 넓고(도 5에서 설명한 바와 같이 구면(4) 표면 상의 전계가 동일하다고 간주할 수 있는 이축각 γ가 크고), 에미터 선단의 구면 영역이 크므로, 에미터 선단의 형상이 열역학적으로 안정된다. 이에 따라, 하전 입자원(1)으로부터 방출되는 하전 입자의 특성도 안정되는 이점이 있다.The charged particle source 1 according to the first embodiment has a wide area in which the electric field intensity distribution near the tip of the emitter is uniform (as described in Fig. 5), and the electric field on the surface of the spherical surface 4 is the same. Each γ is large), and since the spherical area of the emitter tip is large, the shape of the emitter tip is thermodynamically stabilized. Accordingly, there is an advantage in that the properties of the charged particles emitted from the charged particle source 1 are also stabilized.

<실시형태 2><Embodiment 2>

도 6은, 전자의 에너지 폭(ΔE)과 구면(4)의 반경(R) 사이의 대응 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는 하전 입자원(1)이 전자 빔을 방출하는 것으로 하고, 각 전류 밀도는 400μA／sr로 했다. 하전 입자원(1)의 구조는 실시형태 1과 마찬가지이지만, 본 실시형태 2에 있어서는 반경(R)의 호적(好適)한 범위에 대해서 검토한다.6 is a graph showing a correspondence relationship between the energy width ΔE of the electron and the radius R of the spherical surface 4. Here, it is assumed that the charged particle source 1 emits an electron beam, and each current density is 400 µA/sr. The structure of the charged particle source 1 is the same as that of the first embodiment, but in the second embodiment, a favorable range of the radius R is examined.

종래, 고분해능 관찰 SEM에 있어서는 소전류로 하전 입자 빔을 가늘게 좁히고 있으므로, 각 전류 밀도는 작아도 충분하고, 개략 150μA／sr 이하이다. 고스루풋을 얻기 위해 대전류를 얻는 것이면, 각 전류 밀도를 올릴 필요가 있다. 그러나, 각 전류 밀도를 크게 해 가면 에너지 분산이 증가해 버린다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 반경(R)이 커짐에 따라서, ΔE는 작아지므로, 반경(R)을 어느 정도 크게 하는 것이 바람직하다.Conventionally, in a high-resolution observation SEM, the charged particle beam is narrowed down by a small current, so even if each current density is small, it is sufficient, and it is approximately 150 µA/sr or less. If you are getting a large current to get high throughput, you need to increase each current density. However, increasing each current density increases the energy dispersion. As shown in Fig. 6, since ΔE decreases as the radius R increases, it is preferable to increase the radius R to some extent.

종래의 SEM에 있어서는, 각 전류 밀도가 150μA／sr일 때 에너지 분산(ΔE)이 예를 들면 0.6∼0.7eV가 되도록 제어되어 있다. 도 6에 의하면, 각 전류 밀도를 400μA／sr로 했을 때여도 종래와 동정도의 에너지 분산(ΔE)을 얻기 위해서는, 반경(R)을 거의 1㎛ 이상으로 하는 것이 필요한 것을 알 수 있다. 에미터 선단의 구면(4)의 반경(R)을 이 범위로 조정함으로써, 고각 전류 밀도에 있어서도 에너지 폭의 확산을 억제할 수 있다.In the conventional SEM, when each current density is 150 µA/sr, the energy dispersion (ΔE) is controlled to be 0.6 to 0.7 eV, for example. According to Fig. 6, even when each current density is 400 µA/sr, it can be seen that in order to obtain the same energy dispersion ΔE as in the prior art, it is necessary to make the radius R approximately 1 µm or more. By adjusting the radius R of the spherical surface 4 at the tip of the emitter within this range, the diffusion of the energy width can be suppressed even at a high angle current density.

<실시형태 3><Embodiment 3>

도 7은, 본 발명의 실시형태 3에 따른 하전 입자원(1)이 갖는 선단 형상을 나타내는 도면이다. 도 7 상단은 측면도, 도 7 하단은 정면도이다. 본 실시형태 3에 따른 하전 입자원(1)은, 실시형태 1에서 설명한 형상에 더하여, 구면(4) 상에 5개의 패싯(평탄면)을 갖는다. 패싯(18-1)은 광축(3)에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 패싯(18-2와 18-4)은 광축(3)에 대하여 수직인 제1 직선(도 7 하단의 상하선)에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 패싯(18-3과 18-5)은 광축(3)과 제1 직선의 쌍방에 대하여 수직인 제2 직선(도 7 하단의 좌우선)에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 광축(3)의 방향은, 예를 들면 에미터 침(7)이 텅스텐 단결정에 의해 형성되어 있을 때, 결정학적으로 <100>의 방위가 되는 축 방위로 간주할 수 있다.7 is a diagram showing a tip shape of a charged particle source 1 according to Embodiment 3 of the present invention. The top of FIG. 7 is a side view, and the bottom of FIG. 7 is a front view. The charged particle source 1 according to the third embodiment has five facets (flat surfaces) on the spherical surface 4 in addition to the shape described in the first embodiment. The facet 18-1 is formed perpendicular to the optical axis 3. The facets 18-2 and 18-4 are formed vertically with respect to a first straight line perpendicular to the optical axis 3 (the upper and lower lines in the lower part of Fig. 7). The facets 18-3 and 18-5 are formed perpendicular to the optical axis 3 and a second straight line (left and right lines at the bottom of Fig. 7) perpendicular to both the optical axis 3 and the first straight line. The direction of the optical axis 3 can be regarded as an axial orientation that is crystallographically <100> when the emitter needle 7 is formed of a tungsten single crystal.

도 8은, 인출 전극(20) 근방의 방출 하전 입자 궤도를 나타내는 도면이다. 인출 전극(20)에 대하여 전압을 인가하면, 패싯(18-1∼18-5) 각각으로부터 하전 입자가 방출된다. 패싯(18-1)으로부터 방출되는 하전 입자는, 주로 인출 전극(20)이 갖는 광축(3) 상의 구멍을 통과하여 시료를 향한다. 패싯(18-2∼18-5)으로부터 방출되는 하전 입자는, 주로 인출 전극(20)에 대하여 충돌한다.8 is a diagram showing the orbits of charged discharged particles in the vicinity of the lead electrode 20. When a voltage is applied to the lead electrode 20, charged particles are released from each of the facets 18-1 to 18-5. The charged particles discharged from the facet 18-1 mainly pass through the hole on the optical axis 3 of the lead electrode 20 and are directed toward the sample. Charged particles emitted from the facets 18-2 to 18-5 mainly collide with the lead electrode 20.

인출 전극(20) 주변의 분위기 가스 등이 인출 전극(20)에 부착되면, 하전 입자선 장치(100)가 동작하고 있을 때 이것이 인출 전극(20)으로부터 방출되고, 하전 입자원(1) 주변의 진공도가 저하하여 동작을 저해할 경우가 있다. 이에 따라 예를 들면 하전 입자 빔의 특성에 대하여 영향을 줄 가능성이 있다. 패싯(18-2∼18-5)으로부터 방출되는 하전 입자를 인출 전극(20)에 닿게 함으로써, 이 부착 가스의 방출을 촉진시킬 수 있다. 즉 하전 입자원(1) 주변을 신속하게 고진공 상태로 되돌릴 수 있다. 따라서 하전 입자원(1)의 동작이 안정되는 이점이 있다.When the atmospheric gas around the lead electrode 20 is attached to the lead electrode 20, it is discharged from the lead electrode 20 when the charged particle beam device 100 is operating, and There is a case where the degree of vacuum decreases, which impedes the operation. Accordingly, there is a possibility of affecting, for example, the characteristics of the charged particle beam. By bringing the charged particles emitted from the facets 18-2 to 18-5 into contact with the extraction electrode 20, the release of this adhesion gas can be accelerated. That is, it is possible to quickly return the area around the charged particle source 1 to a high vacuum state. Therefore, there is an advantage that the operation of the charged particle source 1 is stabilized.

패싯(18-2∼18-5)은 광축(3)으로부터 떨어진 위치에 배치되어 있으며, 또한 광축(3)에 대하여 직교하는 방향을 향하고 있으므로, 패싯(18-2∼18-5)으로부터 방출된 하전 입자는 그 대부분이 광축(3)으로부터 떨어진 위치에 있어서 인출 전극(20)에 충돌한다. 따라서 하전 입자 충돌에 의해 인출 전극(20)으로부터 2차 전자가 발생했다고 해도, 그 2차 전자는 광축(3) 상의 구멍을 통과하여 시료측을 향하지 않는다. 즉, 그 2차 전자에 기인하는 관찰 화상의 백그라운드 노이즈를 억제할 수 있다.Since the facets 18-2 to 18-5 are disposed at a position away from the optical axis 3 and face in a direction orthogonal to the optical axis 3, the facets 18-2 to 18-5 are discharged from the facets 18-2 to 18-5. Most of the charged particles collide with the lead electrode 20 at a position away from the optical axis 3. Therefore, even if secondary electrons are generated from the extraction electrode 20 due to charged particle collision, the secondary electrons pass through the hole on the optical axis 3 and do not go toward the sample side. That is, background noise in the observation image caused by the secondary electrons can be suppressed.

<실시형태 4><Embodiment 4>

도 9는, 하전 입자원(1)을 구비한 하전 입자선 장치(100)의 구성도이다. 하전 입자선 장치(100)는 예를 들면 주사 전자 현미경으로서 구성할 수 있다. 하전 입자원(1)은 실시형태 1 내지 3 중 어느 것에서 설명한 것이다. 하전 입자원(1)으로부터 인출 전극(20)에 의해 인출된 하전 입자 빔은, 대물 렌즈(24)에 의해 집속되고, 시료(25)에 대하여 조사된다. 대물 렌즈(24)와 인출 전극(20) 사이에는 중간 렌즈(22)가 배치된다. 중간 렌즈(22)는, 시료(25)에 조사되는 하전 입자 빔의 전류량이나 시료(25) 상에 있어서의 하전 입자 빔의 개방각 등을 제어하기 위해 이용된다. 편향기(21과 23)는 각각 하전 입자 빔을 편향시킨다.9 is a configuration diagram of a charged particle beam device 100 provided with a charged particle source 1. The charged particle beam device 100 can be configured as, for example, a scanning electron microscope. The charged particle source 1 was described in any of the first to third embodiments. The charged particle beam drawn out from the charged particle source 1 by the extraction electrode 20 is focused by the objective lens 24 and irradiated to the sample 25. An intermediate lens 22 is disposed between the objective lens 24 and the lead electrode 20. The intermediate lens 22 is used to control the current amount of the charged particle beam irradiated to the sample 25 and the opening angle of the charged particle beam on the sample 25. The deflectors 21 and 23 respectively deflect the charged particle beam.

본 실시형태 4에 따른 하전 입자선 장치(100)는, 하전 입자원(1)의 작용에 의해, 하전 입자 빔의 에너지 폭을 억제하면서 대전류를 얻을 수 있다. 또한 하전 입자 빔의 특성도 안정되고 있다.The charged particle beam device 100 according to the fourth embodiment can obtain a large current while suppressing the energy width of the charged particle beam by the action of the charged particle source 1. In addition, the characteristics of the charged particle beam are also being stabilized.

<본 발명의 변형예에 대해서><About the modified example of the present invention>

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 어떤 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한, 어떤 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to facilitate understanding of the present invention, and are not necessarily limited to having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of a certain embodiment. In addition, it is possible to add, delete, or replace other configurations with respect to a part of the configuration of each embodiment.

본 발명에 따른 하전 입자원(1)은, 예를 들면 집속 이온 빔 장치에 있어서의 이온원이나 주사 전자 현미경에 있어서의 전자원으로서 이용할 수 있다. 하전 입자원(1)은, 열전계 방사형 전자 방출원으로서 구성할 수도 있고, 냉음극 전자원으로서 구성할 수도 있다.The charged particle source 1 according to the present invention can be used, for example, as an ion source in a focused ion beam device or an electron source in a scanning electron microscope. The charged particle source 1 may be configured as a thermoelectric field radiation type electron emission source or as a cold cathode electron source.

원추각 θ가 커지면, 교점(9) 근방에 있어서, 구면(4)의 전위와 에미터 침(7)의 능선 부분의 전위가 서로 간섭하여 전계 강도 분포가 균일해지지 않는다. 따라서 원추각 θ은 가능한 한 작은 쪽이 바람직하다. 거의 θ≤5도로 하는 것이 호적하다. θ＝0도(즉 에미터 침(7)의 능선 부분이 광축(3)과 평행)여도 된다. 더욱이는, θ＜0도(즉 에미터 침(7)이 선단을 향하여 점차 굵어지는 형상)여도 된다.When the cone angle θ increases, in the vicinity of the intersection point 9, the potential of the spherical surface 4 and the potential of the ridgeline portion of the emitter needle 7 interfere with each other, and the electric field intensity distribution does not become uniform. Therefore, the cone angle θ is preferably as small as possible. It is preferable to set it to approximately θ≤5 degrees. θ = 0 degrees (that is, the ridge line portion of the emitter needle 7 is parallel to the optical axis 3). Furthermore, θ<0 degrees (that is, a shape in which the emitter needle 7 gradually becomes thicker toward the tip) may be used.

1: 하전 입자원 3: 광축
4: 구면 5: 중심점
7: 에미터 침 9: 교점
10: 가상 음극면 11: 가상 광원
13: 접선 16: 등전위면
17: 궤도 20: 인출 전극
100: 하전 입자선 장치1: charged particle source 3: optical axis
4: sphere 5: center point
7: emitter needle 9: intersection
10: virtual cathode surface 11: virtual light source
13: tangent 16: equipotential surface
17: track 20: lead electrode
100: charged particle beam device

Claims (13)

하전 입자를 방출하는 하전 입자원으로서,
선단(先端)으로부터 하전 입자를 방출하는 에미터를 구비하고,
상기 에미터의 선단은 곡면의 형상을 갖고 있고,
상기 에미터는, 상기 곡면의 표면 상의 제1 위치로부터 상기 하전 입자를 제1 궤도에서 방출하고, 상기 곡면의 표면 상의 제2 위치로부터 상기 하전 입자를 제2 궤도에서 방출하고,
상기 제1 궤도의 능선의 제1 교점과 상기 곡면의 중심 사이의 제1 거리는, 상기 제2 궤도의 능선의 교점과 상기 곡면의 중심 사이의 제2 거리와 동등한 것을 특징으로 하는 하전 입자원.As a charged particle source emitting charged particles,
Equipped with an emitter emitting charged particles from the tip,
The tip of the emitter has a curved shape,
The emitter emits the charged particles in a first orbit from a first position on the surface of the curved surface, and emits the charged particles in a second orbit from a second position on the surface of the curved surface,
A charged particle source, wherein a first distance between a first intersection of a ridge of the first orbit and a center of the curved surface is equal to a second distance between an intersection of a ridge of the second orbit and a center of the curved surface. 제1항에 있어서,
상기 에미터의 선단은 구면(球面)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 1,
Charged particle source, characterized in that the tip of the emitter has a spherical shape. 제2항에 있어서,
상기 에미터는, 침부(針部)의 선단에 상기 구면을 부착한 형상을 갖고 있고,
상기 침부와 상기 구면의 교점을 상기 구면의 중심과 잇는 직선이, 상기 하전 입자의 광축과의 사이에서 이루는 각도는, 90°를 넘는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
The emitter has a shape in which the spherical surface is attached to the tip of a needle,
A charged particle source, wherein an angle formed by a straight line connecting the intersection of the needle portion and the spherical surface with the center of the spherical surface with the optical axis of the charged particle exceeds 90°. 제2항에 있어서,
상기 에미터의 선단 근방에 형성되는 등전위면은, 상기 구면의 중심보다도 상기 에미터의 선단측의 영역에 있어서, 상기 구면의 표면 형상과 평행한 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
A charged particle source, characterized in that an equipotential surface formed in the vicinity of the tip end of the emitter is parallel to the surface shape of the spherical surface in a region on the tip side of the emitter rather than the center of the sphere. 제2항에 있어서,
상기 하전 입자의 광축과 상기 구면의 교점에 있어서의 제1 전계는, 제1 전계 강도를 갖고,
상기 구면 상의 상기 광축과 상기 구면의 교점 이외의 위치에 있어서의 제2 전계는, 제2 전계 강도를 갖고,
상기 제1 전계 강도는 상기 제2 전계 강도보다도 큰 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
The first electric field at the intersection of the optical axis of the charged particles and the spherical surface has a first electric field strength,
The second electric field at a position other than the intersection of the optical axis and the spherical surface on the spherical surface has a second electric field strength,
The charged particle source, wherein the first electric field strength is greater than the second electric field strength. 제1항에 있어서,
상기 에미터의 선단은, 상기 하전 입자의 광축에 대하여 수직인 제1 평탄면을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 1,
A charged particle source, wherein the tip of the emitter has a first flat surface perpendicular to the optical axis of the charged particle. 제1항에 있어서,
상기 에미터의 선단은, 상기 하전 입자의 광축에 대하여 평행한 제2 평탄면을 복수 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 1,
A charged particle source, wherein the tip of the emitter has a plurality of second flat surfaces parallel to the optical axis of the charged particles. 제7항에 있어서,
상기 제2 평탄면은, 상기 광축에 대하여 직교하는 제1 직선과 직교하도록 형성되어 있음과 함께, 상기 광축과 상기 제1 직선 각각에 대하여 직교하는 제2 직선과 직교하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 7,
The second flat surface is formed to be orthogonal to a first straight line orthogonal to the optical axis, and is formed to be orthogonal to a second straight line orthogonal to each of the optical axis and the first straight line. A source of charged particles. 제2항에 있어서,
상기 에미터는, 침부의 선단에 상기 구면을 부착한 형상을 갖고 있고,
상기 침부는, 상기 에미터의 선단을 향하여 점차 가늘어지는 형상을 갖고 있고,
상기 침부의 외측면과 상기 하전 입자의 광축이 이루는 각도는, 5° 이하인 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
The emitter has a shape in which the spherical surface is attached to the tip of the needle,
The needle portion has a shape that gradually tapers toward the tip of the emitter,
The charged particle source, characterized in that the angle formed by the outer surface of the needle and the optical axis of the charged particle is 5° or less. 제2항에 있어서,
상기 에미터는, 침부의 선단에 상기 구면을 부착한 형상을 갖고 있고,
상기 침부는, 상기 하전 입자의 광축과 평행한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
The emitter has a shape in which the spherical surface is attached to the tip of the needle,
The charged particle source, wherein the needle portion has a shape parallel to the optical axis of the charged particle. 제2항에 있어서,
상기 에미터는, 침부의 선단에 상기 구면을 부착한 형상을 갖고 있고,
상기 침부는, 상기 에미터의 선단을 향하여 점차 굵어지는 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
The emitter has a shape in which the spherical surface is attached to the tip of the needle,
The charged particle source, wherein the needle portion has a shape gradually becoming thicker toward the tip end of the emitter. 제2항에 있어서,
상기 구면의 반경은 1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 하전 입자원.The method of claim 2,
Charged particle source, characterized in that the radius of the spherical surface is 1㎛ or more. 제1항에 기재된 하전 입자원을 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.A charged particle beam device comprising the charged particle source according to claim 1.
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